CORS系統(tǒng)在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中的應(yīng)用

丘小春,李 毅

(廣西壯族自治區(qū)地理國情監(jiān)測院,南寧,530023)

CORS系統(tǒng)在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中的應(yīng)用

丘小春,李 毅

(廣西壯族自治區(qū)地理國情監(jiān)測院,南寧,530023)

本文介紹了國家測繪地理信息局對數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的內(nèi)容和要求，同時(shí)闡述了CORS系統(tǒng)的原理，然后從地理空間框架基準(zhǔn)建設(shè)、地理信息數(shù)據(jù)采集、似大地水準(zhǔn)面精化三個(gè)方面,對CORS系統(tǒng)在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中的應(yīng)用進(jìn)行了一定的總結(jié)。

CORS系統(tǒng);地理空間框架;數(shù)字城市

0 前言

在計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模存儲技術(shù)以及多媒體技術(shù)不斷發(fā)展的背景之下，全球定位系統(tǒng)（GPS）、地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感（RS）以及虛擬三維等技術(shù)達(dá)到了一定程度的發(fā)展。并且，將網(wǎng)絡(luò)寬帶作為紐帶，對城市進(jìn)行有效的三維描述，通過信息技術(shù)手段的使用，實(shí)現(xiàn)了城市數(shù)字化的虛擬，這也是數(shù)字城市的內(nèi)涵所在。

實(shí)踐表明，數(shù)字城市的發(fā)展與城市信息化的發(fā)展之間存在著極大的關(guān)聯(lián)，對于整個(gè)國家信息化的發(fā)展而言，數(shù)字城市化的發(fā)展是其重要的手段。在數(shù)字城市地理空間框架方面，它不既是城市的空間基礎(chǔ)信息平臺，還是國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施重要的組成部分之一，這也是數(shù)字城市化建設(shè)的基礎(chǔ)和前提。

2006年，《關(guān)于開展數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》（國測國字[2006]18號）文明確了在全國試點(diǎn)城市開展數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)工作。

2010年，有相關(guān)文獻(xiàn)針對全國各個(gè)地級城市進(jìn)行數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)步驟以及建設(shè)工作實(shí)施的內(nèi)容給予了一定的明確。

截至2014年6月底，全國已有30余個(gè)省（區(qū)、市）中眾多的地級市以及很多縣級市已經(jīng)著手?jǐn)?shù)字城市地里空間框架建設(shè)工作的實(shí)施，也有一部分的城市，針對智慧城市建設(shè)作出了相應(yīng)的工作規(guī)定，在這之中，也有一部分地區(qū)的市取得了數(shù)字城市建設(shè)的一定成效。在我國，累計(jì)開發(fā)衛(wèi)生、交通、公安、房產(chǎn)、環(huán)保、消防等幾十個(gè)領(lǐng)域的2000多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，100多個(gè)城市出臺了數(shù)字城市應(yīng)用管理辦法。

1 數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)內(nèi)容

在社會不斷發(fā)展過程中，我國部分相關(guān)的部門已經(jīng)明確的規(guī)定了數(shù)字中國地理空間框架建設(shè)的構(gòu)成，隨后國家測繪地理信息局對數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)內(nèi)容做了詳細(xì)的闡述。

1.1 完善城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

根據(jù)城市發(fā)展的需要，采集和更新1：500、1：1000、1:2000、1:5000、1：10000等比例尺的數(shù)字線劃圖（DLG）、數(shù)字正射影像圖（DOM）、數(shù)字高程模型（DEM）等方面的地理信息，其目的在于完善城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的收集與發(fā)展。

1.2 完善基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)工作

在城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)這一大的背景之下，建立大范圍的、多尺度、多類型、多要素、現(xiàn)勢性強(qiáng)的城市礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，同時(shí)開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)地理信息的處理、建庫、管理、維護(hù)以及分發(fā)等服務(wù)。

1.3 構(gòu)建地理信息公共平臺

在基礎(chǔ)地理空間信息基礎(chǔ)上提取交通、居民地、水系、境界等與政務(wù)應(yīng)用和社會應(yīng)用有著密切聯(lián)系的內(nèi)容，對地名地址數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的擴(kuò)充，并且通過不斷的研究，開發(fā)出具有網(wǎng)絡(luò)化性質(zhì)的服務(wù)系統(tǒng)，從而構(gòu)建出唯一的、通用性較強(qiáng)的地理信息公共平臺。

1.4 構(gòu)建典型應(yīng)用示范系統(tǒng)

在地理信息公共平臺建設(shè)開發(fā)的基礎(chǔ)之上，通過數(shù)字城市地理空間框架基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的應(yīng)用，結(jié)合部門的專題數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)開發(fā)具有典型應(yīng)用效果的部門系統(tǒng)，從而不斷的推動數(shù)字城市的發(fā)展。

1.5 建立完善健全的運(yùn)行維護(hù)長效機(jī)制

建立能夠保障項(xiàng)目實(shí)施及成果長期應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，建立健全數(shù)字城市地理空間框架的共享與更新機(jī)制，全面支撐空間框架的建設(shè)、運(yùn)行和應(yīng)用。

CORS系統(tǒng)的出現(xiàn)，對完善基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)提供了極大的便利和強(qiáng)大的技術(shù)支撐，加快了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的步伐。

圖1 CORS工作原理圖

2 CORS系統(tǒng)的原理

CORS系統(tǒng)是建立于現(xiàn)代GNSS、網(wǎng)絡(luò)化實(shí)時(shí)定位服務(wù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)代移動通信等技術(shù)基礎(chǔ)之上的定位與導(dǎo)航綜合服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。CORS系統(tǒng)指在某個(gè)區(qū)域建設(shè)當(dāng)中，通過幾個(gè)連續(xù)運(yùn)行參考站、數(shù)據(jù)中心、以及通信鏈路和用戶構(gòu)成的局域網(wǎng)絡(luò)組成，利用數(shù)據(jù)通信、GNSS和互聯(lián)網(wǎng)(LAN／WAN)、計(jì)算機(jī)等技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)差分，并且對所得到的信息進(jìn)行分析解算，并且向不同需求用戶提供可靠GPS觀測值、改正數(shù)、狀態(tài)信息等方面的系統(tǒng)服務(wù)。

CORS系統(tǒng)由參考站子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)中心、用戶應(yīng)用子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)等四部分組成。可以通過數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。同時(shí)根據(jù)不同需求，向社會提供具有多元化性質(zhì)的服務(wù)模式，并且，將其應(yīng)用在各行各業(yè)以及和空間定位相關(guān)的一些工作當(dāng)中。主要內(nèi)容有：事后解算基礎(chǔ)控制點(diǎn)、實(shí)時(shí)差分厘米級的RTK測量、后差分毫米級的形變監(jiān)測、地球板塊運(yùn)動研究以及各種類型的工程測量、實(shí)時(shí)分米級的GIS空間數(shù)據(jù)采集、米級導(dǎo)航定位等等。圖1所示為CORS工作原理。

3 CORS系統(tǒng)在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中的應(yīng)用淺析

3.1 建設(shè)數(shù)字城市地理空間框架分析

作為地理空間框架建設(shè)的基礎(chǔ)性工作重要的內(nèi)容之一，數(shù)字城市地理空間框架基準(zhǔn)建設(shè)在數(shù)字城市地理空間框架的建方面有著極大的影響。實(shí)踐表明，要確保能夠有效的實(shí)現(xiàn)多元數(shù)據(jù)連接、地理空間數(shù)據(jù)的一致性、兼容性，就需要建立一個(gè)三維的具有動態(tài)性質(zhì)的地心坐標(biāo)系統(tǒng)。只有這樣，才能都實(shí)現(xiàn)地理空間整合共享，不斷的推動數(shù)字化城市的快速發(fā)展。

隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，每個(gè)城市的建設(shè)范圍不斷往外擴(kuò)大，原有的城市地理空間框架基準(zhǔn)已跟不上城市發(fā)展的步伐。隨著CGCS2000大地坐標(biāo)系的啟用，為了能夠給地理信息數(shù)據(jù)坐標(biāo)帶來一致性的保障，就需要建立具有動態(tài)性質(zhì)的、實(shí)用性強(qiáng)的現(xiàn)代測繪基準(zhǔn)體系，保證地理信息數(shù)據(jù)坐標(biāo)的一致性，成為“數(shù)字城市”建設(shè)的迫切需要[6]。CORS 技術(shù)的發(fā)展和CORS系統(tǒng)的建設(shè)，加快了數(shù)字城市地理空間框架基準(zhǔn)的構(gòu)建，并且，為構(gòu)建提供了一致性以及統(tǒng)一性的特點(diǎn)，同時(shí)，具有快速更新和維護(hù)的優(yōu)勢，這在一定程度上大大的提升了地理信息數(shù)據(jù)成果的可靠性以及更新的速度，與此同時(shí)，能夠作為控制測量的起算數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡(luò)RTK快速測定高精度的控制點(diǎn)成果，推動數(shù)字城市建設(shè)的發(fā)展。

3.2 采集數(shù)字城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

實(shí)踐表明，數(shù)字城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)具有多樣的類型，包括控制點(diǎn)成果、地形地貌數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、地籍?dāng)?shù)據(jù)等。從比例尺分類：有1:500、1:1 000 、1:2 000等大比例尺數(shù)據(jù)和1:5000、1:10000、1:50000等中小比例尺數(shù)據(jù)。從數(shù)據(jù)類型分類，可以分為數(shù)字正射影像圖( DOM) 、數(shù)字高程模型以及數(shù)字線化圖等“4D產(chǎn)品”。為建設(shè)多尺度、多類型的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫，描述城市的地物地貌信息，需要采取多種基礎(chǔ)測繪的方式，對具有較大比例尺的數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的采集等。

目前數(shù)字城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)采集的方法主要有三種，一種是利用全站儀技術(shù)進(jìn)行全野外數(shù)字化測量；第二種是利用GPS技術(shù)，即常規(guī)RTK 技術(shù)進(jìn)行野外采集；第三種是航測成圖方法，即獲取高分辨率的影像，通過像控點(diǎn)測量、內(nèi)業(yè)空三解算、外業(yè)調(diào)繪和內(nèi)業(yè)采集成圖。利用全站儀技術(shù)，外業(yè)工作量大，勞動強(qiáng)度高；利用常規(guī)RTK技術(shù)，在測量工作當(dāng)中，需要在每次測量中建立相應(yīng)的基準(zhǔn)站，以便能夠向移動站發(fā)射相應(yīng)的信號，這在極大程度上限制了移動作業(yè)范圍；利用航測成圖法，需要獲取高分辨率的影像和像控點(diǎn)測量，額外增加了作業(yè)成本。

伴隨CORS技術(shù)的發(fā)展，突破了現(xiàn)有的作業(yè)模式，工作人員僅僅需要在工作過程中應(yīng)用一臺GPS接收機(jī)，在移動互聯(lián)網(wǎng)和CORS系統(tǒng)數(shù)據(jù)中心之間所建立聯(lián)系，由CORS系統(tǒng)提供各種改正信息，即可進(jìn)行各種基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的采集工作。同時(shí)在進(jìn)行像控點(diǎn)測量的時(shí)候，可以利用CORS 系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲得像控點(diǎn)成果或者事后聯(lián)合CORS 系統(tǒng)提供的靜態(tài)起算數(shù)據(jù)進(jìn)行解算，減少了工作量，提高了工作效率。

3.3 精化數(shù)字城市似大地水準(zhǔn)面

在數(shù)字化城市建設(shè)當(dāng)中，通常都會應(yīng)用CGCS2000坐標(biāo)系以及CORS系統(tǒng)，所獲得的高程被稱之為大地高。大地高主要將地球橢球作為重要的基準(zhǔn)。然而，我國的高程系統(tǒng)屬于較為正常高高程系統(tǒng)，以似大地水準(zhǔn)面為基準(zhǔn)。實(shí)際上，正常高和大地高之間存在著一個(gè)差值，即高程異常。隨著CORS技術(shù)的發(fā)展，大地高的測定可以通過CORS系統(tǒng)的應(yīng)用來完成。與此同時(shí)，還能夠利用水準(zhǔn)測量的方式，獲得該點(diǎn)正常高，此時(shí)，可以通過大地高和正常高的結(jié)合應(yīng)用，最終得出該點(diǎn)的高程異常值。在城市獲取大地高和正常高的背景之下，考慮重力模型的影響，通過建立多項(xiàng)式擬合出城市似大地水準(zhǔn)面精化的高程異常改正模型。有了高程異常改正模型，并且，在CORS系統(tǒng)的使用背景之下，有效的獲取大地高，這樣就能夠得出該點(diǎn)正常高。另外，利用CORS系統(tǒng)，可以快速獲得某點(diǎn)的高程，為大比例尺地形測量等提供了極大的便利。

4 結(jié)束語

CORS 系統(tǒng)作為一個(gè)動態(tài)的、三維的、連續(xù)的定位基準(zhǔn)，可以快速、高精度獲取數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的完整和統(tǒng)一，應(yīng)用在數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)中，可極大推動我國數(shù)字城市建設(shè)。

[1] 王家耀，寧津生等.中國數(shù)字城市建設(shè)方案及推進(jìn)戰(zhàn)略研究[M].科學(xué)出版社，2008。

[2] 來源于互聯(lián)網(wǎng)統(tǒng)計(jì)。

[3] 黃俊華等.連續(xù)運(yùn)行衛(wèi)星定位綜合服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社，2009年。

[4] 丘小春、李毅. 廣西CORS系統(tǒng)在測繪生產(chǎn)中的應(yīng)用研究。全國測繪科技信息網(wǎng)中南分網(wǎng)第二十五次學(xué)術(shù)交流會論文集。

[5] 李毅. 淺談數(shù)字城市地理信息空間框架基準(zhǔn)建設(shè)。中國測繪學(xué)會第九次全國會員代表大會暨學(xué)會成立50周年紀(jì)念大會論文集。

[6] 王向東.CORS系統(tǒng)在數(shù)字城市建設(shè)中的應(yīng)用[J].山西建筑，2012，38（7）。

丘小春，男，1966.11-，碩士，航天遙感專業(yè)，廣西壯族自治區(qū)地理國情監(jiān)測院副院長兼總工程師，高級工程師，主要從事大地測量、攝影測量等工作

Application of CORS system in the construction of Digital City Geospatial Framework

Qiu Xiaochun,Li Yi
(The Guangxi Zhuang Autonomous Region geographic conditions monitoring hospital,Nanning,530023,China)

This paper introduces the State Bureau of Surveying and mapping geographic information of geo spatial framework of the construction of digital cities content and requirement,at the same time, the paper describes the principle of CORS system,then from geo spatial framework of the benchmark construction,geographic information data collection,like the geoid three aspects,the application of CORS in geo spatial framework of the construction of digital cities were summarized.

CORS system;GIS;Digital City